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Cabeza de combustión retráctil para calderas de Biomasa

Publicado el: 05 / 02 / 2016 | 0 Comentarios | Etiquetas: , , , , , , ,

Esquema camara torsional | E&M Combustion

Debido al creciente precio de los combustibles fósiles se van buscando soluciones alternativas a la necesidad de energía. Una de dichas alternativas pueden ser las calderas de biomasa.

Y dentro de las tecnologías existentes para la obtención de energía a partir de la biomasa, están las calderas de biomasa de cámara torsional.

Principio de funcionamiento

La Cámara Torsional es un cilindro horizontal conectado a las calderas de biomasa a través de un cuello cónico invertido. Dentro de la misma, el campo potencial creado por la inyección tangencial de aire a lo largo de la periferia de la cámara cilíndrica induce un campo rotacional axial como reacción a lo anterior. Mientras la velocidad tangencial del campo potencial aumenta con la disminución del radio, la velocidad tangencial de la corriente rotacional inducida aumenta con el radio; donde se igualan, se forma una muy activa y turbulenta capa límite, lo que mantiene una intensa combustión en las condiciones más favorables.

Las partículas de combustible también son inyectadas tangencialmente en el cilindro. Aquellas ubicadas en el campo potencial capaces de fluir hacia el centro siguen una trayectoria espiral logarítmica; aquellas sometidas al campo rotacional seguirán una trayectoria de espiral aritmética.

Introduciendo una restricción al final del cilindro (el cuello cónico) la presión creada en el anillo de la garganta genera fuerzas axiales, y la dinámica del sistema es tal, que las partículas que llegan al final del hogar fuera del diámetro de salida de la cámara,  siguen una trayectoria helicoidal en la periferia del cilindro hacia la garganta, vuelven al frente continuando en hélices de diámetro cada vez menor, y finalmente abandonando la cámara a través de la garganta, en una aún más pequeña trayectoria helicoidal.

Este recorrido implica un mayor tiempo de permanencia requerido para una combustión completa, este tiempo de permanencia de las partículas llega a ser de hasta 60 veces el que le lleva al aire fluir directamente.

Simultáneamente, los humos de combustión, con una parte de las cenizas abandonan la cámara a través de su cuello y entran a la caldera, mientras que los restos de cenizas son retirados periódicamente de la cámara torsional.


Planta de biomasa | E&M Combustion

Campo de aplicación

La Cámara Torsional es apropiada para la quema de cualquier tipo de combustible sólido o líquido, siempre y cuando éstos puedan ser transportados en suspensión neumática.

La capacidad de suspensión del combustible depende de la relación densidad/promedio de sección normal, pero para varios tipos de biomasa, esto significa a grandes rasgos que las partículas deberán ser de diámetros comprendidos entre 0.1 y 20 mm.

No existe limitación alguna para quemar partículas de tamaños o densidades muy diferentes, siempre y cuando todas puedan mantenerse en suspensión.

Los combustibles con humedad menor a 20% pueden ser inyectados directamente a la cámara torsional sin la necesidad de tratamiento previo. Tampoco es necesario precalentar el aire de combustión, lo cual lo hace ventajoso para obtener una muy baja producción de NOx.

Algunos combustibles típicos son: serrín, polvo de lijado, cáscara de girasol, de algodón, semilla de uva, orujo de oliva, paja, etc.

Quemador de apoyo

Como en la mayoría de las instalaciones de biomasa, por cuestiones de fiabilidad, se necesita el apoyo de una caldera con un combustible convencional.

E&M Combustión ha desarrollado un quemador de biomasa de gas natural de 40 MW para acoplar en una caldera de biomasa de cámara torsional de 45 Ton/h funcionando con cáscara de girasol.

Por petición del cliente, se requería que el quemador pudiese funcionar tanto en solitario cómo apoyando a la biomasa, además su puesta en funcionamiento debía ser rápida, máximo 2-3 minutos desde la demanda de funcionamiento del mismo.

Quemador de gas natural de 40 Mw amarrado a calderas de biomasa | E&M Combustion

Calderas de biomasa

Este quemador va amarrado directamente a la cámara torsional, por lo que se requeriría el funcionamiento continuo del ventilador para asegurarse que no hay un retroceso de llama y para la refrigeración interna del quemador. Este caudal constante de aire a través del quemador se vio que afectaba al funcionamiento normal de la cámara torsional y que por tanto no era viable.

La solución de montar y desmontar el quemador cada vez que se necesitase no era viable por cuestiones de fiabilidad y porque el tiempo requerido para dicha operación no era compatible con el tiempo máximo de puesta en marcha del quemador.

Vista la imposibilidad de retirar todo el quemador de la cámara de combustión, se decidió buscar un sistema en el que tanto el quemador como el ventilador de combustión y la rampa de gas pudiesen quedar fijados a la cámara y únicamente se retrajese el cabezal de combustión.

Quemador de biomasa | E&M Combustion

Finalmente se optó por diseñar un quemador en el que el cabezal de combustión pudiese ser retraído neumáticamente fuera del hogar para posteriormente bajar una guillotina que aísle el quemador de la cámara de combustión. Las operaciones de apertura de la guillotina, inserción del cabezal de combustión y puesta en marcha del quemador  no lleva más de un par de minutos.

Cilindro neumatico en camara torsional | E&M CombustionUn cilindro neumático con dos finales de carrera se encarga de desplazar las lanzas de gas y de indicar su posición al BMS para que proceda al accionamiento de la guillotina y a la puesta en marcha del quemador.

Ventajas competitivas

De esta manera, se pueden mencionar las siguientes ventajas del cabezal retráctil:
• Al no ser necesario tener el ventilador funcionando en continuo se consigue no influir en el normal funcionamiento de la cámara torsional.
• Ahorro de energía eléctrica al no ser necesario tener el ventilador para refrigeración del quemador en funcionamiento continuo.
• Fiabilidad mecánica al no tener que extraer el quemador ni ventilador ó conducto de aire ni rampa de gas cada vez que se desea encender ó extraer el quemador.
• Rápida puesta en marcha del quemador ante una necesidad ya sea por algún fallo en el sistema de la biomasa o por una necesidad de suplementar la potencia aportada por la biomasa.
• Posibilidad de utilización del quemador para  arrancar la caldera con biomasa.
• Es posible sustituir ó reparar cualquier elemento del quemador con las calderas de biomasa en funcionamiento.

Aitor Jausoro, Director Técnico de E&M Combustión
ajausoro@emcombustion.es

 

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